一种热电位移动促动器结构的制作方法

本发明涉及一种微机械系统领域，具体涉及一种热电位移动促动器结构。

背景技术：

mems驱动技术可分为静电驱动、热电驱动和电磁驱动。静电驱动是mems结构中常用的一种，具有功耗低的优点。然而，静电驱动除了粘滞问题外，还有一个缺点，即需要进行热密封，以防止湿气引起的高电场短路，从而增加成本。电磁mems是由线圈或磁铁组合而成，与传统的mems工艺不兼容，生产比较困难。另一方面，热电mems是一种相对简单的器件结构，可以通过具有公差松的低成本半导体批量制造工艺进行批量生产。然而，传统的热电mems结构耗能大，限制了其应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是发明一种能够利用少量电能产生大位移的热电mems结构，解决成本高、生产困难和能耗大的问题，增大其应用场合。

本发明热电位移动促动器结构是通过以下技术方案来实现的：1.一种热电位移动促动器结构，其特征在于：包括由导电材料制成的第一横梁，在两个端部附近至少变窄5%，以及由导电材料制成的第二横梁，在靠近两端部分具有至少变窄5%；第一横梁的端部接到第二横梁的端部,其连接处形成一个v形,其顶点的内角度约90度到约180度；第一横梁的另一端接基板,并形成第一电极，第二横梁的另一端接基板,并形成第二电极；位移装置接到第一和第二横梁v形顶点的接处。

作为优选的技术方案，热电位移促动器沿着基本垂直于横梁的方向，响应于通过第一和第二电极施加到位移器的电压而在中心处产生位移。

作为优选的技术方案，热电位移促动器的位移是由热膨胀、压电驱动的运动、磁力驱动和由静电力驱动的运动的任一种驱动所引起的。

作为优选的技术方案，第一横梁和第二横梁，由弹性材料制成；位移促动器结构其中的横梁由硅制成；固定装置由硅片制成，位移促动器结构是用soi晶圆制成的。

本发明的有益效果是：本发明能够利用少量电能产生大位移的热电mems结构，解决成本高、生产困难和能耗大的问题，增大其应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具有弯曲均匀横梁设计的热电mems位移促动器示意图；

图2为本发明的具有v形均匀横梁设计的热电mems位移促动器示意图；

图3为本发明的具有v形非均匀横梁设计的热电mems位移促动器示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本发明的一种热电位移动促动器结构，包括两个横梁11和11'，它们以一个角度（v形）连接在中心，因此热膨胀引起的位移将集中在中心点14；两根横梁11和11'的另一端固定到具有两个电极垫15和15'的基板上，用于连接一对电线；更重要的是，新结构在沿横梁的高应力点处具有较窄的截面：比如靠近两端的固定点12和12'以及中心连接点13和13'；这些较窄的截面使弯曲主要发生在较窄的截面上，从而将无用内应力降至最低，在中心实现更大的位移；位移促动器根据负载大小进行自动调整移动位置；这种改进的设计增加了位移和控制精度；在光学可变衰减器、光开关等应用中，需要高效率、高精度的热电mems驱动器。

本实施例中，位移促动器设计时采用单晶硅制成的，优选使用具有半导体制造工艺的soi晶圆；导电单晶硅是横梁臂的首选材料，因为它具有良好的机械性能，能够抵抗反复弯曲而不产生疲劳；仿真和实验结果表明，实现自适应功能的条件是位移促动器横梁的窄截面与宽截面之间的宽度差应大于5%。

本实施例中，位移促动器结构在通过电流时主要在窄截面上弯曲变形而使中心位置产生大的位移；这两个由导电材料制成的非均匀驱动器横梁在中心连接，两端固定在基板上；此外，两端的电接触器用的两个电极垫是用金属沉积法制作而成。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

技术特征：

1.一种热电位移动促动器结构，其特征在于：包括由导电材料制成的第一横梁，在两个端部附近至少变窄5%，以及由导电材料制成的第二横梁，在靠近两端部分具有至少变窄5%；第一横梁的端部接到第二横梁的端部,其连接处形成一个v形,其顶点的内角度约90度到约180度；第一横梁的另一端接基板,并形成第一电极，第二横梁的另一端接基板,并形成第二电极；位移装置接到第一和第二横梁v形顶点的接处。

2.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述位移促动器沿着基本垂直于横梁的方向，响应于通过第一和第二电极施加到位移器的电压而在中心处产生位移。

3.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述位移促动器的位移是由热膨胀、压电驱动的运动、磁力驱动和由静电力驱动的运动的任一种驱动所引起的。

4.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述第一横梁和第二横梁，由弹性材料制成。

5.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述热电位移促动器结构其中的横梁由硅制成。

6.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述固定装置由硅片制成。

7.根据权利要求1所述的热电位移动促动器结构，其特征在于：所述的热电位移促动器结构是用soi晶圆制成的。

技术总结
本发明公开了一种热电位移动促动器结构，包括由导电材料制成的第一横梁，在两个端部附近至少变窄5%，以及由导电材料制成的第二横梁，在靠近两端部分具有至少变窄5%；第一横梁的端部接到第二横梁的端部,其连接处形成一个V形,其顶点的内角度约90度到约180度；第一横梁的另一端接基板,并形成第一电极，第二横梁的另一端接基板,并形成第二电极；位移装置接到第一和第二横梁V形顶点的接处。本发明能够利用少量电能产生大位移的热电MEMS结构，解决成本高、生产困难和能耗大的问题，增大其应用场合。

技术研发人员：肖盛哲
受保护的技术使用者：广西安捷讯电子科技有限公司
技术研发日：2020.09.29
技术公布日：2020.12.29